Cómo funciona una central nuclear

Todo empieza en el núcleo del reactor. Ahí, del orden de 10²⁰ núcleos de uranio-235 se parten por segundo en un reactor típico de 3.000 MWt: cada fisión libera calor y dos o tres neutrones nuevos, que a su vez parten otros núcleos en una reacción en cadena que se sostiene sola a potencia constante. El combustible es dióxido de uranio, prensado en pastillas cerámicas que se apilan dentro de vainas metálicas para formar los elementos combustibles del núcleo; según el reactor, ese uranio está enriquecido entre 3 y 5 % o se usa tal como sale de la mina. Barras de control que absorben neutrones suben y bajan la potencia, y, insertadas del todo, detienen la reacción en segundos.

Ese calor pasa al agua (o, en otros diseños, al gas o al sodio líquido) que circula en contacto directo con el combustible: el circuito primario. En un reactor de agua a presión, el tipo más común del mundo, esa agua está a unos 155 bar y no llega a hervir; entrega su calor, sin mezclarse nunca con él, a un segundo circuito de agua dentro de un generador de vapor, y es ese segundo circuito el que hierve. En un reactor de agua en ebullición no hace falta ese paso intermedio: el agua hierve directamente adentro de la vasija y el vapor sale derecho hacia la turbina.

El vapor, sea del generador de vapor o de la propia vasija, empuja los álabes de una turbina que hace girar un generador eléctrico: el mismo principio de cualquier central térmica, de carbón o de gas. Ahí la energía térmica del núcleo se convierte en energía mecánica y después en electricidad; un transformador eleva la tensión a la salida del generador y esa electricidad entra a la red de alta tensión. La potencia térmica que produce el núcleo y la potencia eléctrica que llega a la red son números distintos y se miden distinto, MWt y MWe: la eficiencia de conversión ronda un tercio, así que un reactor de 3.000 MWt entrega del orden de 1.000 MWe.

Los otros dos tercios del calor no se aprovechan, lo impone el segundo principio de la termodinámica y no un defecto de diseño, y hay que devolverlos al ambiente. El vapor que sale de la turbina, ya sin presión, se condensa contra un tercer circuito de refrigeración que se enfría con un río, un lago, el mar o, cuando no hay cerca una fuente así de grande, una torre de enfriamiento; la nube blanca que sale de esas torres es, otra vez, vapor de agua condensándose en el aire, sin relación con la radiactividad. Y aunque el reactor se apague, el combustible sigue generando calor de decaimiento durante días, así que cada central tiene sistemas de refrigeración de emergencia pensados para funcionar incluso sin electricidad de la red: la primera de las capas de la defensa en profundidad que protege al combustible, a la vasija y a la contención.

Una vez arriba de potencia, lo económico es mantenerlo así el mayor tiempo posible, así que los reactores operan en base, a plena carga entre el 80 y el 90 % del año.

El combustible pasa entre tres y seis años en el núcleo antes de que se reemplace, en tandas parciales, durante una parada de recarga. Lo que sale de ahí no es un residuo cualquiera: es el punto de partida del otro extremo del ciclo del combustible, que sigue con el enfriamiento, el almacenamiento y, según el país, el reprocesamiento o la disposición final de lo que en algún momento fueron esas mismas pastillas de uranio.